饱和土

摘要： 针对海底浅层气、天然气水合物分解等气体运动会造成海底沉积物土层液化,引发海底麻坑、海底滑坡破坏等问题,通过一维土柱注气试验,研究气体作用下饱和土体的液化压力和液化深度。结果表明:试验过程中,土体内部孔隙气压出现先升高后下降的趋势;根据多孔介质流体质量守恒方程,不同深度处气压峰值的计算预测值与实际试验测量值较为吻合;将峰值孔隙气压与该深度处土体的水平应力相比较,可以较为准确地得到土体流化深度。

摘要： 基于半无限饱和土初值解,首次考虑了多种施工因素和先行、后行盾构位置及施工间隔不同对后行隧道土体二次扰动的影响,修正了现有饱和土双线盾构施工引起的土体变形计算公式,建立了先行、后行盾构任意空间位置动态施工的修正力学模型,并结合典型的伦敦饱和黏土工程案例进行验证分析。研究结果表明,修正后的土体变形解和Mindlin解、丁智解相比,其结果与实测曲线更接近,可以较为准确地反映盾构掘进过程中纵向、横向地表变形的特点。当双线隧道平行布置时,由于先行隧道的影响,后行隧道土体的滞后效应相对减弱,但先行、后行隧道的影响范围基本一致;隧道间距越小,二次扰动效应越强,沉降变化速率越快,地表沉降量越大,沉降槽峰值点也越接近坐标中心;当双线隧道斜交布置时,若隧道间距不变,则后行隧道位于侧上穿区间受到二次扰动影响随角度变化的速率最大,位于上穿与侧下穿区间的变化率近似相同,而位于下穿区间的变化率最小;当先行、后行隧道施工间隔不同时,发现双线盾构同时施工引起的地表沉降量最大,随着先行、后行隧道施工间隔加长,土体强度逐渐恢复,先行隧道对土体的扰动效应逐渐减弱,后行盾构施工引起的地表变形逐渐减小,导致总地表沉降量也逐渐变小。

摘要： 在前人研究基础上,以广东沿海地区浅层边坡现场调查、勘查、设计、治理为基础,根据工程实践、室内试验及室内资料整理分析,对其一般规律及形体特点、物理参数展开分析、归纳、研究。主要研究浅层滑坡稳定性的影响因素,通过实际的试验数据对其进行分析研究,揭示了边坡稳定安全系数影响因素,并通过对比的方法,得出影响边坡稳定性的主要因素。

摘要： 为了计算考虑桩周土扰动效应下的楔形桩水平振动阻抗,将薄层饱和土径向离散,利用Biot波动理论建立饱和土的复刚度传递多圈层水平振动平面应变模型,计算径向非均质的桩周土对桩身的水平动反力;将楔形桩轴向离散,基于Timoshenko梁理论建立考虑桩身剪切振动效应的横向振动微分方程,利用传递矩阵法推导桩顶水平振动阻抗的半解析解。对考虑饱和土扰动效应下楔形桩水平振动阻抗的影响因素进行了参数化分析,研究表明:在低频激振下增大楔形角能提高桩顶的水平阻抗,且随着振动频率的提高,增大楔形角会增强阻抗的频率依赖性;在低频激振下桩周土弱化会降低楔形桩的水平阻抗,且随着振动频率的提高,弱化效应会提高阻抗的共振幅值;对于如砂砾、粗砂、细砂等渗透系数较大的饱和土应考虑土体中流体惯性效应对楔形水平振动阻抗的影响;对于桩身长径比小且高频振动的楔形桩,有必要采用可以考虑桩身转动惯量及剪切效应的Timoshenko梁模型描述桩身水平振动。

摘要： 为解决现有规范中注浆压力计算公式在黄河流域下游地区适用性差的问题,采用数理统计方法建立了适用于该地区的注浆压力计算公式.基于莫尔-库伦强度理论及土体极限平衡条件,对现行规范中注浆压力计算公式进行优化.采用回归分析方法,得到注浆阻力经验系数和黏聚力修正系数的取值范围.通过现场试验对所提公式和现行规范公式进行对比分析.结果表明,相较于采用现行规范公式进行后注浆作业的试桩,采用所提公式进行后注浆作业的试桩承载力响应速度更快,桩顶沉降控制能力更好.在黄河流域下游地区使用所提公式进行后注浆可以有效改善灌注桩的承载特性.

摘要： 基于非局部理论和多孔介质理论,针对一维饱和土层的稳态响应进行了研究。为了克服Biot饱和土理论的不足并考虑非局部效应的影响,利用非局部理论和多孔介质理论,建立了以位移表示的考虑非局部效应的一维饱和土振动微分方程。通过求解特征方程和特征向量并考虑问题的边界和初始条件,在频率域内得到了基于非局部理论的一维饱和土层的固相位移、液相位移和孔隙水压力的解析解。数值研究了考虑非局部效应的一维饱和土层的动力响应,分析了非局部效应和液-固耦合系数对固相位移、液相位移和孔隙水压力等动力响应的影响规律。数值研究结果表明:简谐荷载作用下一维饱和土层存在有共振,当考虑饱和土的非局部效应时,共振幅值将会减弱,系统阻尼有增大的现象;液-固耦合系数主要对固相位移、液相位移和孔隙水压力随频率变化曲线的峰值有影响。

摘要： 研究目的:我国东部沿海地区的隧道围岩富含水分,地震波的破坏作用将对隧道的安全施工及运营构成极大威胁。目前隧道的横断面形状设计复杂多变,分析研究饱和土介质中任意形状隧道的波动响应,对于这些地区隧道结构的安全抗震设计及施工起着重要指导价值。本文通过解析求解方法,基于Biot饱和多孔介质动力学理论,利用共形映射和波函数展开方法,首先建立浅埋任意形状隧道的平面波散射解析解,在通过验证表明模型及计算过程正确有效后,以某一公路两车道隧道为模型,研究入射波数、围岩介质孔隙率、泊松比等参数对隧道动力响应的影响规律。研究结论:(1)入射波数对隧道的动应力集中有显著影响,低波数下隧道的动应力响应显著大于高波数情况,且相比之下,高波数下的动应力响应分布形态更为复杂;(2)围岩介质的孔隙率对隧道孔压动力响应影响不大,不同孔隙率下隧道的孔压动力响应分布规律基本保持一致,但在较高孔隙率的情况下,边墙处的孔压动力集中系数较大,因此设计和施工过程中应当考虑边墙处围岩的加固处理;(3)泊松比对隧道孔压动力响应的影响较为显著,泊松比增加不仅影响隧道孔压响应分布规律,还影响响应的幅值大小,可能导致拱顶、拱底、拱肩、拱脚等部位孔压的局部升高;(4)本研究成果可为富水地区任意形状隧道的抗震设计和安全施工提供指导。

摘要： 该文引入土给水度参数,通过力平衡原理修正了竖直水土压力计算公式,提出自由水作用力在土颗粒上的传递率概念,推导出水土侧压力计算新公式,奠定了水土分算与水土合算计算公式的理论基础,实现了水土分算与水土合算的统一计算。采用同种分析方法,推导出考虑大气压力作用力条件下的饱和土和非饱和土有效应力原理公式,并推导出理论上更正确的水土侧压力计算公式。希望为理论土力学的发展和水土侧压力计算提供参考。

摘要： 基于Biot动力固结方程和Kelvin模型,考虑了土体三维波动效应及土塞与管桩之间的小变形相对滑移,研究了饱和土中非完全黏结管桩的纵向振动特性.首先,引入势函数,结合桩侧土及土塞的初始和边界条件,采用Laplace变换技术、Helmholtz分解法及分离变量法,分别求解出桩侧土和土塞的纵向振动解.结合桩土系统的耦合条件,进一步求解出管桩顶部的复刚度、速度响应频域解析解及速度响应时域半解析解.将本文解分别退化为实心桩解和无相对滑移解,并与已有研究进行对比,验证了本文解的合理性.然后,采用参数分析法初步确定了Kelvin模型参数的合理取值区间.最后,分别分析了管桩桩长和土塞的渗透系数、孔隙率、剪切模量以及黏性阻尼系数对饱和土中非完全黏结管桩纵向振动特性的影响规律.研究结果表明,桩长越短,土塞与管桩之间的黏结程度对饱和土中非完全黏结管桩纵向振动特性的影响越明显;土塞的孔隙率和黏性阻尼系数对饱和土中非完全黏结管桩的纵向振动特性有明显影响,土塞的剪切模量和渗透系数对饱和土中非完全黏结管桩的纵向振动特性的影响较小,可以忽略不计.

摘要： 为研究地铁车辆通过浮置板轨道过渡段时隧道和土体的动力响应规律,提出了时域高效计算的隧道-饱和土体半解析环状层单元,结合车辆-轨道动力学,建立了车辆-浮置板轨道过渡段-隧道-土体系统耦合动力计算方法,研究了浮置板轨道过渡段长度、钢弹簧刚度等参数对隧道振动加速度、土体正应力和孔隙水压力的影响.结果表明,过渡段参数设计需重点关注2个刚度突变位置的动力响应,采用钢弹簧刚度渐变方案时,3个动力响应指标分别降低60％、15％和25％.

摘要： 给出了一多物理场模型来模拟饱和正冻土的水-热-力耦合过程.冻土区采用的是非线性弹性本构模型,而未冻区采用修正的剑桥模型.在这一数学模型中,克拉伯龙方程用于描述水和冰在相变时满足的平衡条件,并通过修正孔隙比来描述与温度有关的传导系数,由此描述未冻水的迁移.假定单元中土颗粒的长度不变且沿土柱冰晶从低温向高温有序生成,由此考虑水相变成冰的相对体积变化.以土颗粒的长度为分析目标来考虑冻胀过程中的较大变形.对于给定的边界条件,采用COMSOL软件对耦合的非线性偏微分方程进行求解.结果表明,这一方模型可以较好的模拟饱和土在冻结过程中的水-热-力耦合特征.

摘要： 基于试验与工程实际的应力环境差异,研究了二维、三维强度公式的应用精度:先从三轴试验中切出一个正八面体,根据它受剪时的能量平衡方程导出饱和土的抗剪强度公式,摩擦参数由真摩擦参数和极限塑性体积膨胀率两项构成,前者为固体具有的,只取决于土质,后者为散状材料特有的,与土质、试验条件等多种因素有关,用重塑土的三轴试验结果进行了验证;根据主应力与各断面的应力状态关系及断面位置间的关系,提出土的抗剪强度公式只分二维、三维两大类、二维平面的强度与三维平面的应力状态有关;通过应力状态分析说明二维滑移面的应力状态最危险,中主应力只能通过摩擦参数影响强度,当试验与实际的中小主应力比例不等时,二维强度公式的精度一般高于三维,导出了轴对称条件下二维、三维强度公式间的参数换算关系,为工程中合理选用强度理论提供可靠依据.

摘要： 通过建立和求解饱和土中圆形隧道在地震加速度作用下的动力控制方程,得出了该问题的通解;再根据弹性力学问题的几何方程和物理方程,推导出了饱和土及隧道结构中的应变及应力分量表达式;结合饱和土中圆形隧道在地震加速度作用下动力响应的边界条件,对其进行了数值计算,较为全面的分析了地震频率、隧道结构参数以及地震加速度大小对饱和土中圆形隧道对地震响应的影响.研究结果表明:随着地震频率的增加,孔隙水压力和土体应力分量最大值减小;隧道衬砌结构剪切模量的增加,孔隙水压力和土体应力分量最大值均有所增加;地震加速度的大小对孔隙水压力和土体应力分量影响最为明显,地震加速度增加的倍数与各应力分量增加的倍数基本一致,随着离开隧道距离的增加,饱和土中孔隙水压力、径向应力分量和切向应力分量迅速衰减,而剪应力分量值最大且呈正负交替较慢衰减;这些研究结果对正确理解饱和土中圆形衬砌隧道的抗震性能、破坏机理以及指导隧道抗震设计都有参考意义.

摘要： 根据饱和土Biot固结理论,采用特殊积分法在柱坐标系下,建立了饱和土体固结的轴对称边界元积分方程.首先通过全局形函数及虚密度函数表示饱和土体Navier方程中的孔压与孔隙流量方程中的瞬态项,从而得到特殊的孔压、位移及流量积分,然后在柱坐标系下将特殊解沿环向积分,得到饱和土体固结问题的轴对称边界元积分方程,最后通过算例与文献结果进行比较,验证此方法的正确性.

摘要： 通过直剪试验和三轴试验,研究了超固结状态和正常固结状态土强度指标的差异性.抗剪强度指标在大于和小于前期固结压力的压力段明显不同,试验资料整理时应分别确定抗剪强度指标.剪切前,试样在其自重固结压力(重塑土为预固结压力)下作预处理,比较了在垂直压力或围压小于前期固结压力和大于前期固结压力两个压力段的强度指标,前者不固结不排水剪黏聚力c小于后者,内摩擦角妒大于后者;固结不排水剪黏聚力c大于后者,内摩擦角ψ小于后者.重塑土强度试验模拟的应力历史很难真实反映实际工况土体的强度特性,室内试验应尽量使用原状土进行抗剪强度测试.室内试验确定土的抗剪强度指标时,应先确定地基土的前期固结压力、K0状态参数,按工程实际应力状态确定.

摘要： 考虑衬砌和土体的相对渗透性,将土骨架和衬砌分别视为具有分数阶导数本构的粘弹性体和多孔柔性、刚性材料,在频率域内研究了内水压力作用下饱和分数导数型粘弹性土一深埋圆形隧洞多孔柔性／刚性衬砌相互作用的耦合简谐振动.区别于传统Terzaghi和Biot线弹性理论,利用基于Bowen模型的多孔介质理论描述土体的宏观力学特性,通过引入与土体体积分数相关的应力系数以及连续性边界条件,分别得到了饱和粘弹性土和衬砌的位移、应力和孔压的解析表达式.最后,进行了物性和几何参数研究，结果表明：相对渗透系数合理地刻画了衬砌的渗透性;应力系数确定了衬砌和孔隙水共同承担的内水压力值;柔性衬砌情形下的响应幅值与刚性衬砌情形下响应幅值存在较大差异.

摘要： 分析了关于饱和土有效应力原理的一些错误理解,基于土颗粒-水相互作用分析,给出了土体中有效应力的物理含义,是单位截面的土体中土颗粒骨架所传递的有效荷载,其大小等于总应力与孔隙水压力之差.利用土体的力平衡方程,一方面证明了Terzaghi饱和土有效应力原理,并分析了该原理的适用范围;另一方面证明了Bishop非饱和土有效应力原理,解释了参量x的物理含义,将二原理统一在一个力学框架下,从理论上说明了Terzaghi有效应力原理是Bishop有效应力原理在有效饱和度X=l时的特例,并分析了Bishop非饱和土有效应力原理的适用范围.研究表明,从荷载条件和土性条件两个角度分析有效应力原理,清晰地解释了有效应力的物理概念,并且提出孔隙水压力影响土体力学特性的机理.

摘要： 考虑衬砌和土体的相对渗透性,将土骨架和衬砌分别视为具有分数阶导数本构的粘弹性体和多孔柔性、刚性材料,在频率域内研究了内水压力作用下饱和分数导数型粘弹性土一深埋圆形隧洞多孔柔性／刚性衬砌相互作用的耦合简谐振动.区别于传统Terzaghi和Biot线弹性理论,利用基于Bowen模型的多孔介质理论描述土体的宏观力学特性,通过引入与土体体积分数相关的应力系数以及连续性边界条件,分别得到了饱和粘弹性土和衬砌的位移、应力和孔压的解析表达式.最后,进行了物性和几何参数研究,结果表明:相对渗透系数合理地刻画了衬砌的渗透性;应力系数确定了衬砌和孔隙水共同承担的内水压力值;柔性衬砌情形下的响应幅值与刚性衬砌情形下响应幅值存在较大差异.

摘要： 海洋高桩的振动特性受到海洋环境的影响,采用分层模型建立了饱和土中高桩的竖向振动模型,通过分离变量方法,得到了高桩竖向振动频域解析解和时域半解析解.计算结果反映出高桩暴露段的存在对桩顶动力响应有明显影响,在土层自由表面出现附加共振和反射现象,共振和反射位置与上下桩段比有关.此外,当海床受到冲刷和波浪作用产生孔压积累时也会对桩顶的竖向振动响应产生一定的影响,研究的结果可以粗略的估计海床冲刷深度或波浪作用对海床的影响程度。

摘要： 为确定无孔隙状态下土中固相物质的导热系数,依据几何平均法推导了土中固相物质导热系数与土样导热系数之间的计算关系.利用有限元软件ABAQUS建立并分析了土中固相物质与水组成的二相介质模型,进而给出了二相介质的导热系数与土中固相物质导热系数之间的计算关系.利用探针法分别测定了室温情况下,不同干密度的饱和粉质粘土、饱和粉土、饱和砂土的导热系数.在此基础上,分别依据建立的两种土中固相物质导热系数与试样之间的计算关系,获取了土中固相物质的导热系数值.同时,依据制备的模型土和模型土的导热系数试验结果,对建立的两种计算方法的绝对误差进行了验证.结果表明:依据不同干密度或不同计算方法确定的土中固相物质导热系数均存在差别,土-水界面特性在很大程度上影响了土中固相物质导热系数的测定误差;依据土水二相各占50％的体积组成,拟合的二相介质等效导热系数与土中固相物质导热系数之间的计算关系,能够较好的预测土中固相物质的导热系数.

摘要： 本发明涉及一种土工环剪试验环形土样饱和器及饱和方法，包括圆盘、外侧护环、内侧护环以及中心螺杆；外侧护环包括侧壁以及横壁；圆盘嵌入外侧护环侧壁中；内侧护环置于圆盘的上表面并贴于外侧护环的横壁上；内侧护环、圆盘、外侧护环的侧壁以及外侧护环的横壁形成土样存放腔；中心螺杆穿过内侧护环以及圆盘上的中心螺杆通孔；中心螺杆上设置有第一螺母以及第二螺母；第一螺母置于内侧护环上表面，第一螺母的外径大于内侧护环上中心螺杆通孔的外径；第二螺母置于圆盘下表面；第二螺母的外径大于圆盘上中心螺杆通孔的外径。本发明具有结构简单、操作方便、脱模过程中不易断裂以及能提高土工环剪试验制备饱和环形土样的成活率的优点。

摘要： 本发明提供了一种饱和非饱和土水特征参数测试装置及实验方法，该测试装置包括饱和土水特征参数测定装置和非饱和土水特征参数测定装置：该实验方法包括以下步骤：测定饱和土水特征参数的步骤和测定非饱和土水特征参数的步骤。本发明的有益效果为：本发明既可以用于土样测试饱和土的渗透系数，也能用于土样非饱和土水特征参数的测试；可一样两用、更换及使用操作简单，可节约实验制样和测试时间，提高实验效率；可用于粒度较大土体的土水特征参数测试，如碎石土、粗粒土、砂砾土等。

摘要： 本发明提供一种基于核磁共振曲线的饱和土和非饱和土渗透系数预测方法。结合渗透试验和核磁共振实验对饱和土渗透比例常数kc进行标定，实现了利用饱和土的T2分布曲线预测饱和土渗透系数；对于不同含水量状态土体的非饱和渗透系数的预测，需要对这些含水量状态下的土体分别进行核磁共振实验，利用某一状态下土样的T2分布曲线预测该状态下的相对渗透系数，进而得到非饱和渗透系数的预测值。此外，本发明还提出了T2分布曲线出现缺级现象时的处理方法，提高了预测精度。本发明所述方案能够克服试验直接测定饱和土体及非饱和土体渗透系数时产生的人力和物力以及大量时间的消耗，克服了现有的渗透系数预测方法以经验法为主且预测精度较低的缺点。

摘要： 本发明提供一种基于虚土桩模型的饱和层状土中桩基纵向振动研究方法。本发明方法基于饱和虚土桩模型的浮承桩纵向振动动力阻抗算法系统，其采用的饱和虚土桩模型，能考虑桩周及桩底土体的饱和特性，且能合理考虑桩底土厚度等因素对桩基纵向振动特性的影响，适用于饱和土中浮承桩纵向振动特性研究，可为桩基动力检测提供理论指导和参考作用。

摘要： 本发明提供了一种饱和非饱和土水特征参数测试装置及实验方法，该测试装置包括饱和土水特征参数测定装置和非饱和土水特征参数测定装置：该实验方法包括以下步骤：测定饱和土水特征参数的步骤和测定非饱和土水特征参数的步骤。本发明的有益效果为：本发明既可以用于土样测试饱和土的渗透系数，也能用于土样非饱和土水特征参数的测试；可一样两用、更换及使用操作简单，可节约实验制样和测试时间，提高实验效率；可用于粒度较大土体的土水特征参数测试，如碎石土、粗粒土、砂砾土等。

摘要： 本发明提供一种基于核磁共振曲线的饱和土和非饱和土渗透系数预测方法。结合渗透试验和核磁共振实验对饱和土渗透比例常数kc进行标定，实现了利用饱和土的T2分布曲线预测饱和土渗透系数；对于不同含水量状态土体的非饱和渗透系数的预测，需要对这些含水量状态下的土体分别进行核磁共振实验，利用某一状态下土样的T2分布曲线预测该状态下的相对渗透系数，进而得到非饱和渗透系数的预测值。此外，本发明还提出了T2分布曲线出现缺级现象时的处理方法，提高了预测精度。本发明所述方案能够克服试验直接测定饱和土体及非饱和土体渗透系数时产生的人力和物力以及大量时间的消耗，克服了现有的渗透系数预测方法以经验法为主且预测精度较低的缺点。

摘要： 一种垂直饱和与非饱和土柱入渗试验装置，包括试验土柱、第一马氏瓶及第二马氏瓶，所述第一马氏瓶连接该试验土柱的底部，所述第二马氏瓶连接该试验土柱的顶部，所述试验土柱包括底部的粗砂部、上部的土壤部、及该粗砂部与土壤部之间垫设一间隔层，所述土壤部装有土壤，所述粗砂部装有粒径为2~7mm的砂砾石，所述土壤部的侧壁沿试验土柱的垂向设若干排取样孔，所述粗砂部设有若干垂直排布的出水孔；本发明还包括一种垂直饱和与非饱和土柱入渗试验装置的试验方法；本发明通过第一马氏瓶、第二马氏瓶、试验土柱的粗砂部及土壤部的设置，准确模拟田间土壤和地下水之间的关系。

摘要： 本发明公开了一种基于土水特征曲线的非饱和土挡土墙抗倾覆验算方法，采集挡土墙背后不同类型的非饱和土样；基于常规试验获得土样的干密度及含水率以及土样饱和时的有效内摩擦角、有效粘聚力；采用常规应力板仪得到采集土样含水率与基质吸力，基于土水特征曲线获得采集土样初始含水率的基质吸力和黏聚力；基于非饱和土体单元考虑孔隙压力影响的应力状态以及主动极限状态，得到考虑基质吸力的非饱和土体的主动土压力；由非饱和土体主动土压力作用点与倾覆点的距离，得到非饱和土体产生的倾覆力矩；由挡土墙自身重力对倾覆点产生的抗倾覆力矩，得到非饱和土体挡土墙的安全系数。本发明能够考虑挡土墙后为非饱和土时的基质吸力，从而设计上更为合理。

摘要： 本实用新型公开了一种CO2饱和水溶液驱替饱和土样孔隙水的监测系统，包括测量器、土样三轴仪和高压溶气饱和仪，高压溶气饱和仪包括升降釜、固定釜、高纯CO2气罐和升降装置，升降釜底部连通设有管B，固定釜底部连通设有管A，升降釜顶部、固定釜顶部通过气管与高纯CO2气罐相连通；土样三轴仪上设有试样底座和安装于试样底座上的土样，试样底座包括上土样帽和下土样座，土样位于上土样帽与下土样座之间，上土样帽上设有管H，下土样座上设有管J；测量器具有进口和出口，测量器上安装有pH传感器。本实用新型通过pH传感器的实时监测可以客观判定CO2饱和水溶液是否完成土样孔隙水的驱替过程，提高实验精度，避免了人为经验性估计误差。

摘要： 一种垂直饱和与非饱和土柱入渗试验装置，包括试验土柱、第一马氏瓶及第二马氏瓶，所述第一马氏瓶连接该试验土柱的底部，所述第二马氏瓶连接该试验土柱的顶部，所述试验土柱包括一底部的粗砂部、上部的土壤部、及该粗砂部与土壤部之间垫设一间隔层，所述土壤部装有土壤，所述粗砂部装有粒径为2~7mm的砂砾石，所述土壤部的侧壁沿试验土柱的垂向设若干排取样孔，所述粗砂部设有若干垂直排布的出水孔。本实用新型通过第一马氏瓶、第二马氏瓶、试验土柱的粗砂部及土壤部的设置，准确模拟田间土壤和地下水之间的关系。